一种低排汽凝结阻力的凝汽器布管方法与流程

本发明涉及一种汽轮机排汽冷凝用的凝汽器，尤其是汽轮机排汽冷凝用的凝汽器的换热管的布置方法。可降低汽轮机排汽凝结阻力、提高凝汽器管板布管率。

背景技术：

对于壳侧(汽侧)有相变的换热器而言，汽轮机凝汽器的作用是将高速排入的汽轮机乏汽(比容为15m³/kg左右，流速为80～100m/s)凝结成水；蒸汽从容积约15m³/kg冷凝为0.001m³/kg的凝结水，容积的剧变需要凝汽器的汽侧结构兼顾汽轮机排汽的扩散和凝结的需要。一般凝汽器中相邻换热管(以下简称管子)的排列有60゜三角形排列、90゜四边形排列和圆形(辐射)排列等型式；但是考虑到凝汽器的尺寸，一般都采用60゜的等边三角形水平排列，并在此基础上布置出各种形状的管束(多个换热管组成)结构，如带状、教堂型(m型)及树形(火炬型)管束结构等等；上述结构更多地是考虑排汽的扩散需要，没能充分利用排汽凝结产生的向下向心真空吸力来帮助疏导排汽扩散。

如图5所示，凝汽器的汽侧结构，主要由进汽口、进汽罩、筒体、管板(固定在筒体的两端)、换热管(两端连接在管板上)、中间隔板等组成。排汽进入凝汽器，直排汽(a)直接进入下方的管束内凝结成水，未能凝结的蒸汽(b)沿轴向在进汽罩、中间隔板中间的扩散区向两边扩散，并将不凝气体推送至不凝气体抽出区。

现有凝汽器的布管方法(如图2所示)，主要考虑主冷区管子、空冷区管子、水室横隔板通道、蒸汽扩散槽等的布置。相邻管子以正等边三角形的方式排列布置，并组成合适的管束形状；管束之间形成利于蒸汽流动的扩散槽，扩散槽的扩散角为30゜(即扩散槽轴线与垂直方向的扩散槽轴线z的夹角为135゜)。这种布置方式，扩散槽覆盖的范围比较窄，分割相同数量(总数和排数)管子的扩散槽的数量就比较多；而且最外侧的扩散槽轴线指向进汽口的中间，未能有效覆盖进汽口的范围。由于蒸汽的入口在顶部，蒸汽进入的速度较高，蒸汽垂直向下并扩散(扩散角度一般为左右10゜～15゜；如图1、图2中的箭头a与箭头b所示)与扩散槽轴线布置方向不匹配，蒸汽扩散的阻力比较大；为了使进入凝汽器的蒸汽容易扩散和减少阻力，这种布置方式需要较大的蒸汽扩散空间；因而凝汽器腔体内可供布管的空间就减少了。而当排汽进入管束后冷凝，体积迅速变小产生向下、向心的真空吸力(对于由水室横隔板分隔的双流程的管束，蒸汽从出水端的暖端(上部)向进水端的冷端(下部)凝结，冷却水温度越低，产生的冷凝压力越低，冷凝气流的运行方向如图1、图2中的箭头c所示；对于单流程的管束，蒸汽也是由管束的上部(蒸汽的近端)向下部(蒸汽的远端)凝结，如图1、图2中的箭头c所示)，与向外向下135゜导流的扩散槽不一致，因而没能充分利用蒸汽相变的吸力扩散蒸汽。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种凝汽器布管方法的改进，该布管结构应能进一步降低排汽的扩散阻力和凝结阻力，提高排汽的冷凝效果，以在相同尺寸的凝汽器管板内布置更多的换热管，或者在同样尺寸的凝汽器管板布置同样数量的换热管时，获得更大的排汽扩散和凝结的空间，确保凝汽器能在设计的真空压力下运行，更好地保证凝汽器的换热效率。

本发明提供的技术方案是：

一种低排汽凝结阻力的凝汽器布管方法,包括定位于凝汽器腔体内若干个相互平行排列的管束，两两管束之间为利于蒸汽流通的扩散槽，相邻扩散槽的轴线均平行排列；其特征在于：所述扩散槽的轴线与凝汽器的竖直轴线形成15゜的夹角。以使扩散槽的范围能基本覆盖进汽罩的所有范围，并使从进汽罩扩散出的排汽经由外侧的扩散槽导入管束中进行冷凝，与向下向心方向的蒸汽扩散凝结路径一致。所述扩散槽的轴线与凝汽器的竖直轴线形成15゜的夹角，也能使管板的布置获得更大的中间扩散区(中间隔板中间的扩散面积)，减少直排蒸汽进入管束的阻力。

每个管束包括多个排列整齐的管子，相邻管子正三角布置，并且这些管子在管束中形成若干个与凝汽器竖直轴线夹角为75゜的小扩散槽，以在凝结真空的作用下加速汽流导通。

所有管子的两端分别固定在凝汽器两端的管板上。

凝汽器的进汽口位于凝汽器的顶端。

所述的低排汽凝结阻力的凝汽器布管方法，应用于轴向排汽的汽轮机所配套的凝汽器，包括顶部进汽的凝汽器以及侧向进汽的凝汽器。

本发明采用了与蒸汽凝结扩散角一致的布管方法，即管束之间的扩散槽(k1、k2、k3、k4)的轴线与凝汽器竖直轴线z形成15゜的夹角(如图1所示)；由于进入扩散槽的蒸汽向下扩散和凝结角度为15゜，与蒸汽凝结时产生的向下向心的吸力方向一致；布置在最外侧的扩散槽也能更好地导入扩散时的蒸汽，使排入凝汽器的蒸汽能更方便地导入扩散槽和管子之间的间隙，大大减少排汽阻力。并且，每个管束中的管排之间也形成了若干条与蒸汽汽流扩散、凝结角度相近的小扩散槽xk，管子的间隙也成为蒸汽快速扩散的空间，相当于大大增加了扩散空间；或者说，采用更少的扩散槽就能分割同样排数的换热管，减少凝汽器腔体的尺寸而不影响排汽阻力；同时，15゜的夹角更容易形成中间布管区域的空间，使得管板中间的扩散空间更大。使凝汽器的排汽扩散和冷凝效果达到更佳状态。

本发明的有益效果如下：

1、进汽口基本被扩散槽所覆盖，使布管可以布置到更顶端，提高管板的布管率。

2、较小的扩散角和向心向下的扩散槽，更接近汽流的凝结气流方向，减少了蒸汽进入管束内部的阻力，顺应了凝结真空吸力的方向，降低了蒸汽的阻力，提高了换热效率。

3、因为管子间距与汽流扩散和凝结方向一致，相当于扩散空间的增加，扩散槽可以用得更少并可以更窄；如果使用同样的中间扩散面积，换热管的布置可以更靠中间，可以减少凝汽器的直径尺寸也使布管更便捷。

附图说明

图1为本发明的布管结构示意图(凝汽器筒体横截面结构示意图)。

图2为现有凝汽器的布管结构示意图。

图3为现有凝汽器中相邻管子的布置结构放大示意图(相邻管子正等边三角形布置)。

图4为本发明中相邻管子的布置结构放大示意图(转动15゜后的结构)。

图5是凝汽器的汽侧结构示意图。

图6是现有凝汽器的中间隔板布置结构示意图。

图7是本发明的中间隔板布置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施实例对本发明作进一步说明。

现有凝汽器的布管方式(参见图2)，包括主冷区1656个管子(即换热管)和空冷区180个管子共1836个管子(这些管子组成若干个管束)，以及水室横隔板通道及必要的扩散槽，布置在直径为1.6米的管板内；所有管子的两端分别固定在凝汽器两端的管板上，凝汽器的进汽口位于凝汽器的顶端。管束布置采用带状分布，带宽为6排，相邻管子按正等边三角形布置(图3所示)，需要5个扩散槽(扩散槽轴线分别为k1、k2、k3、k4、k5)，最外侧的扩散槽轴线k5只能覆盖到64゜，局限于排汽口直径703mm的范围(进汽口直径为1200mm)。导致排汽阻力(蒸汽进入凝汽器受到的阻力)较大。

本发明的改进在于：所述扩散槽的轴线与凝汽器的竖直轴线形成15゜的开放夹角。管束中，相邻管子仍然保持等边三角形布置结构(图4所示)；两个下边管子的轴线连线与凝汽器竖直轴线的夹角，从90゜变为75゜；位于扩散槽轴线左侧的管子只需顺时针旋转15゜，位于扩散槽轴线右侧的管子只需逆时针旋转15゜；图4中省略扩散槽轴线右侧的管子)，并且这些管子中的每一排管子(即管排)与相邻排管子形成若干个相互平行且与凝汽器竖直轴线夹角为75゜的小扩散槽xk，以加速气流导通。

旋转后扩散槽轴线与凝汽器的竖直轴线的角度为15゜，最外侧的扩散槽可将溢出的排汽导入管束内部；图1中全部管束的分隔只要4个扩散槽，每个管束具有同样宽度的管排(6排管子，4个扩散槽的轴线分别为k1、k2、k3、k4)，k3的覆盖夹角有108゜，基本覆盖整个排汽口(扩展至1170mm)。扩散到外侧的排汽，可以通过k4扩散槽进入管束。相邻排管子之间与垂直方向夹角为75゜的排列结构，使管子之间的间隙成为小扩散槽，能更好地疏散高速排入的汽轮机乏汽，并充分利用向心向下的凝结真空吸力疏导排汽，使排汽阻力降到更低，凝汽器的冷凝效果更佳。

本发明中，所有扩散槽的轴线都发散向上，同样是带状分布的管子，结构可以更紧凑，可以腾出的轴向扩散空间(即图5、6中的网格部位)较现有的结构更大(按图5、6的整个扩散区所示，本发明扩散面积大11％；按筒体内的网格面积算，本发明面积大18％)。同等排汽阻力下，凝汽器的腔体直径可以做得更小，因而具有更高的冷却性能和更紧凑的结构；可以用更低的成本和更好的性能参与竞争。

经测算，同等排汽阻力的前提下，凝汽器管腔直径可以减少5％以上(管腔横截面面积下降10％左右)。

本发明实施例为轴向排汽的汽轮机所配套的顶部进汽的凝汽器，本发明同

样适合轴向排汽的汽轮机所配套的侧向进汽的凝汽器。